DE102021114295A1 - METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING AN INTENSITY VALUE REPRESENTING AN INTENSITY OF LIGHT REFLECTED BY AN OBJECT IN A SCENE - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer Laufzeit- (ToF-) Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.A method of determining an intensity value that represents an intensity of light reflected from an object in a scene. The method includes performing a time-of-flight (ToF) measurement of the scene using a ToF sensor. A light-intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement. The object is within the target measurement area. The method further includes determining the intensity value based on an output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Description

GebietArea

Die vorliegende Offenbarung betrifft die Intensitätserfassung von Laufzeit- (ToF-; Time-of-Flight) Sensoren. Insbesondere betreffen Beispiele ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt.The present disclosure relates to intensity detection of time-of-flight (ToF) sensors. In particular, examples relate to a method and apparatus for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene.

Hintergrundbackground

Eine herkömmliche ToF-Kamera misst die Distanz durch Emittieren von Nahinfrarotlicht. Bei verschiedenen Anwendungen, wie beispielsweise der Gesichtserkennung, ist die detaillierte Tiefe nicht das primäre Messziel. Wichtiger ist ein Graustufenbild, das die Menge des reflektierten Lichts anzeigt. Dieses Bild kann zum Beispiel durch Integrieren des empfangenen Lichts in einen der Ladungsbehälter erzeugt werden. Die Anzahl der Elektronen in dem Behälter ist ein direkter Hinweis auf die Menge des reflektierten Lichts. Bei anderen Ansätzen wird das Graustufenbild basierend auf einer Amplitude der gemessenen Korrelation erzeugt. Halbtransparente Objekte, die den Bildgeber verdecken, führen Reflexionen ein, die bei der Messung unerwünscht sind.A traditional ToF camera measures distance by emitting near-infrared light. In various applications, such as face recognition, detailed depth is not the primary measurement objective. More important is a grayscale image that shows the amount of light reflected. This image can be created, for example, by integrating the received light into one of the charge containers. The number of electrons in the container is a direct indication of the amount of light reflected. In other approaches, the grayscale image is generated based on an amplitude of the measured correlation. Semi-transparent objects obscuring the imager introduce reflections that are undesirable in the measurement.

Somit besteht ein Bedarf für verbesserte Intensitätserfassung unter Verwendung von ToF-Sensoren.Thus, there is a need for improved intensity detection using ToF sensors.

Zusammenfassungsummary

Der Bedarf kann durch den Gegenstand der angehängten Ansprüche erfüllt sein.The need may be met by the subject matter of the appended claims.

Ein Beispiel betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.One example relates to a method of determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene. The method includes performing a ToF measurement of the scene using a ToF sensor. A light-intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement. The object is within the target measurement area. The method further includes determining the intensity value based on an output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Ein anderes Beispiel betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung zu bestimmen.Another example relates to an apparatus for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene. The device includes a ToF sensor that is designed to carry out a ToF measurement of the scene. A light-intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement. The object is within the target measurement area. The device additionally includes a processing circuit that is designed to determine the intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

  • 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Intensitätswertes;
  • 2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes;
  • 3 zeigt eine beispielhafte Korrelationsfunktion;
  • 4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Plateaubegrenzungen und einem Tastgrad von moduliertem Licht;
  • 5A bis 5E zeigen eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Korrelationsfunktion und einer Zeitverschiebung zwischen moduliertem Licht und einem Referenzsignal; und
  • 6 zeigt eine weitere beispielhafte Korrelationsfunktion.
Some examples of devices and/or methods are described below solely by way of example and with reference to the accompanying figures, in which the following applies:
  • 1 shows a flowchart of an example of a method for determining an intensity value;
  • 2 shows an example of a device for determining an intensity value;
  • 3 shows an example correlation function;
  • 4 Figure 12 shows an exemplary relationship between plateau limits and a duty cycle of modulated light;
  • 5A until 5E show an exemplary relationship between a correlation function and a time shift between modulated light and a reference signal; and
  • 6 shows another exemplary correlation function.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Beispiele können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin verwendet wird, um bestimmte Beispiele zu beschreiben, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.Some examples will now be described in more detail with reference to the accompanying figures. However, other possible examples are not limited to the features of these exemplary embodiments described in detail. Other examples may include modifications of the features, as well as equivalents and alternatives to the features. Furthermore, the terminology used herein to describe particular examples is not intended to be limiting of other possible examples.

Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch sein können oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.Throughout the description of the figures, the same or similar reference numbers refer to the same or similar elements and/or features, which may be identical or implemented in modified form while providing the same or similar function. Also, in the figures, the thicknesses of lines, layers, and/or areas may be exaggerated for clarity.

Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B, sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt entsprechend für Kombinationen aus mehr als zwei Elementen.When two elements A and B are combined using an “or”, it is to be understood that all possible combinations are disclosed, ie only A, only B, and A and B, unless expressly defined otherwise in a particular case. As an alternative wording for the same combinations, "at least one of A and B" or "A and/or B" can be used. The same applies to combinations of more than two elements.

Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“, verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.If a singular form, e.g. For example, when "a, an" and "the" are used and use of only a single element is not explicitly or implicitly required, other examples may use multiple elements to implement the same function. Where a function is described below as being implemented using multiple elements, other examples may implement the same function using a single element or processing entity. It is further understood that the terms "comprises," "comprising," "has," and/or "comprising" when used mean the presence of the specified features, integers, steps, operations, processes, elements, components, and/or a group thereof describe without excluding the presence or addition of any other feature, integer, step, operation, process, element, component and/or group thereof.

1 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 100 zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren 100 wird im Folgenden ferner unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die eine beispielhafte Vorrichtung 200 zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt 201 in einer Szene reflektiert wird, darstellt, zeigt. 1 FIG. 10 shows a flow chart of an example of a method 100 for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene. The method 100 is further described below with reference to FIG 2 which shows an example apparatus 200 for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object 201 in a scene.

Die Vorrichtung 200 umfasst einen ToF-Sensor 210. Der ToF-Sensor 200 umfasst ein Beleuchtungselement (Schaltungsanordnung, Bauelement) 230 zum Emittieren von moduliertem Licht 202 zu einer das Objekt 201 umfassenden Szene und ein Lichterfassungselement (Schaltungsanordnung, Bauelement) 220 zum Erfassen des von der Szene empfangenen Lichts 203.The device 200 includes a ToF sensor 210. The ToF sensor 200 includes an illumination element (circuitry, component) 230 for emitting modulated light 202 to a scene comprising the object 201 and a light-sensing element (circuitry, component) 220 for detecting the of of the scene received light 203.

Das Beleuchtungselement 230 erzeugt das modulierte Licht 202. Das Beleuchtungselement 230 kann irgendeine Anzahl von Lichtquellen umfassen. Das Beleuchtungselement 230 kann z. B. eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs; Light-Emitting Diodes) und/oder eine oder mehrere Laserdioden (z. B. einen oder mehrere oberflächenemittierende Diodenlaser (engl. VCSELs, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) umfassen, die basierend auf einem Beleuchtungssignal gezündet werden.The lighting element 230 generates the modulated light 202. The lighting element 230 may include any number of light sources. The lighting element 230 can e.g. B. one or more light-emitting diodes (LEDs; Light-Emitting Diodes) and/or one or more laser diodes (e.g. one or more surface-emitting diode lasers (VCSELs, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers). Lighting signal are ignited.

Das Lichterfassungselement 220 kann verschiedene Komponenten umfassen, wie z. B. eine Optik (z. B. eine oder mehrere Linsen) und eine elektronische Schaltungsanordnung. Insbesondere umfasst die elektronische Schaltungsanordnung einen Bildsensor mit zumindest einem photosensitiven Element oder Pixel (z. B. mit einem Photonic Mixer Device, PMD (Photomischdetektor), oder einem Charge-Coupled Device, CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement). Der Bildsensor kann zum Beispiel eine Mehrzahl von photosensitiven Elementen oder Pixeln umfassen. Das zumindest eine photosensitive Element oder Pixel wird basierend auf einem Referenzsignal angesteuert.The light sensing element 220 may include various components, such as. optics (e.g. one or more lenses) and electronic circuitry. In particular, the electronic circuit arrangement comprises an image sensor with at least one photosensitive element or pixel (e.g. with a photonic mixer device, PMD (photomixing detector), or a charge-coupled device, CCD (charge-coupled device). The image sensor can, for example, have a plurality of photosensitive elements or pixels The at least one photosensitive element or pixel is driven based on a reference signal.

Das Verfahren 100 umfasst ein Durchführen 102 einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors 210. Das Beleuchtungselement 230 emittiert das modulierte Licht 202 während der ToF-Messung zu der Szene. Ferner wird das zumindest eine photosensitive Element oder Pixel basierend auf dem Referenzsignal während der ToF-Messung angesteuert. Das Referenzsignal weist eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer auf. Analog weist das modulierte Licht 202 eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge (Dauer) und gleicher Pulsbeabstandung auf. Anders ausgedrückt, es wird eine Dauerstrich- (CW; Continuous Wave) ToF-Messung durchgeführt.The method 100 includes performing 102 a ToF measurement of the scene using the ToF sensor 210. The lighting element 230 emits the modulated light 202 to the scene during the ToF measurement. Furthermore, the at least one photosensitive element or pixel is controlled based on the reference signal during the ToF measurement. The reference signal has an alternating series of high and low pulses of equal duration. Analogously, the modulated light 202 has a sequence of light pulses with the same pulse length (duration) and the same pulse spacing. In other words, a continuous wave (CW) ToF measurement is performed.

Die Parameter des ToF-Sensors 210 werden derart eingestellt, dass eine (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion des zumindest einen photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 ein Plateau (d. h. einen im Wesentlichen konstanten Wert) in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion gibt die distanzabhängige Korrelation des empfangenen Lichts 203 des photosensitiven Pixels mit dem Referenzsignal an, und ohne die Intensität des Lichts 203 zu berücksichtigen (d. h. diese zu ignorieren, nicht zu berücksichtigen). Anders ausgedrückt, die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion beschreibt nur die Distanzabhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels (d. h. die Abhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201), nicht aber die Abhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels von der Intensität des empfangenen Lichts 203. Falls der ToF-Sensor 210 eine Mehrzahl von photosensitiven Pixeln aufweist, kann die jeweilige (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion jedes photosensitiven Pixels wie oben beschrieben eingestellt werden.The parameters of the ToF sensor 210 are set such that a (light intensity-independent) correlation function of the at least one photosensitive pixel of the ToF sensor 210 has a plateau (i.e. a substantially constant value) in a target measurement range for the ToF measurement. The (light-intensity-independent) correlation function gives the distance-dependent correlation of the received light 203 of the photosensitive pixel with the reference signal, and without considering (i.e. ignoring, not considering) the intensity of the light 203 . In other words, the (light intensity independent) correlation function only describes the distance dependence of the photosensitive pixel output (i.e. the dependence of the photosensitive pixel output on the distance between the ToF sensor 210 and the object 201), but not the dependence of the photosensitive pixel output on the intensity of the received light 203. If the ToF sensor 210 has a plurality of photosensitive pixels, the respective (light intensity-independent) correlation function of each photosensitive pixel can be adjusted as described above.

3 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 310. Die Abszisse in 3 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der Korrelationsfunktion 310 an. Ferner bezeichnen die Distanzwerte „Dist-min“ und „Dist-max“ die Begrenzungen eines beispielhaften Zielmessbereichs 320 des ToF-Sensors 210. Das Objekt 201 befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs 320. 3 shows an exemplary (light intensity-independent) correlation function 310. The abscissa in 3 indicates the distance between the ToF sensor 210 and the object 201. The ordinate indicates the value of the correlation function 310. Furthermore, the distance values "Dist-min" and "Dist-max" denote the limits of an exemplary target measuring range 320 of the ToF sensor 210. The object 201 is located within the target measuring range 320.

Wie aus 3 ersichtlich ist, weist die Korrelationsfunktion 310 in dem Zielmessbereich 320 ein Plateau auf. Anders ausgedrückt, die Korrelationsfunktion 310 ist in dem Zielmessbereich 320 „flach“ und weist daher in dem Zielmessbereich 320 im Wesentlichen den gleichen Wert auf.How out 3 As can be seen, the correlation function 310 has a plateau in the target measurement range 320 . In other words, the correlation function 310 is "flat" in the target measurement range 320 and therefore has essentially the same value in the target measurement range 320 .

Aufgrund des konstanten Wertes der Korrelationsfunktion 310 in dem Zielmessbereich 320 ist die ToF-Messung nicht empfindlich gegenüber der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 in dem Zielmessbereich 320.Due to the constant value of the correlation function 310 in the target measurement area 320, the ToF measurement is not sensitive to the distance between the ToF sensor 210 and the object 201 in the target measurement area 320.

Die (tatsächliche) Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung skaliert mit der Intensität (d. h. der Lichtstärke) des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203. Beispielsweise kann die Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung durch das Produkt aus der Intensität des empfangenen Lichts 203 während der ToF-Messung und dem Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion in der Distanz des Objekts 201, das die empfangenen Reflexionen verursacht, bestimmt werden. Dementsprechend skaliert die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 mit der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203, für den Fall, dass sich das Objekt 201 innerhalb des Zielmessbereichs 320 befindet, nicht aber mit der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Anders ausgedrückt, die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 ist proportional zu der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 - unabhängig von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Daher ermöglicht die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 die Charakterisierung der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 bei Verwendung einer Korrelationsfunktion für die ToF-Messung wie oben beschrieben.The (actual) output of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the ToF measurement scales with the intensity (i.e. the luminous intensity) of the light 203 reflected from the object 201. For example, the output of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the ToF measurement can be determined by the product of the intensity of the received light 203 during the ToF measurement and the value of the (light intensity-independent) correlation function in the distance of the object 201 causing the received reflections. Accordingly, the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 scales with the intensity of the light 203 reflected from the object 201, in the event that the object 201 is within the target measurement area 320, but not with the distance between the ToF -sensor 210 and the object 201. In other words, the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 is proportional to the intensity of the light 203 reflected by the object 201 - independent of the distance between the ToF sensor 210 and the Object 201. Therefore, the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 allows characterizing the intensity of the light 203 reflected from the object 201 using a correlation function for the ToF measurement as described above.

Wieder Bezug nehmend auf 1 umfasst das Verfahren 100 ferner ein Bestimmen 104 eines Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung. Der Intensitätswert stellt die Intensität des von dem Objekt 201 in der Szene reflektierten Lichts 203 dar. Beispielsweise kann das Bestimmen 104 des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung umfassen. Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 kann z. B. skaliert und/oder versatz-korrigiert werden, um den Intensitätswert zu erhalten. Dementsprechend können verschiedene Fehler (z. B. Rauschen) korrigiert werden.Referring again to 1 the method 100 further includes determining 104 an intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement. The intensity value represents the intensity of the light 203 reflected from the object 201 in the scene. For example, determining 104 the intensity value may include applying at least one correction to the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the ToF measurement . The output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 can be e.g. B. be scaled and / or offset-corrected to get the intensity value. Accordingly, various errors (e.g. noise) can be corrected.

Die Vorrichtung 200 umfasst eine entsprechend ausgebildete Verarbeitungsschaltung 240, die mit dem ToF-Sensor 210 gekoppelt ist. Die Verarbeitungsschaltung 240 kann z. B. ein einzelner dedizierter Prozessor, ein einzelner gemeinschaftlich verwendeter Prozessor oder eine Mehrzahl einzelner Prozessoren, von denen einige oder alle gemeinschaftlich verwendet werden können, eine Digitalsignalprozessor- (DSP-; digital signal processor) Hardware, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; application specific integrated circuit) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA; field programmable gate array) sein. Die Verarbeitungsschaltung 240 kann optional gekoppelt werden, z.B. mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM; read only memory) zur Speicherung von Software, einem Direktzugriffsspeicher (RAM; random access memory) und/oder einem nichtflüchtigen Speicher. Die Verarbeitungsschaltung 240 ist ausgebildet, den Intensitätswert, der die Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 anzeigt, basierend auf der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung zu bestimmen.The device 200 includes a correspondingly designed processing circuit 240 which is coupled to the ToF sensor 210 . The processing circuitry 240 may e.g. B. a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some or all of which may be shared, digital signal processor (DSP) hardware, an application specific integrated circuit (ASIC). integrated circuit) or a field programmable gate array (FPGA; field programmable gate array). Processing circuitry 240 may optionally be coupled, for example, to read only memory (ROM) for storing software, random access memory (RAM), and/or non-volatile memory. The processing circuit 240 is configured to determine the intensity value, which indicates the intensity of the light 203 reflected by the object 201, based on the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the ToF measurement.

Obwohl die Verarbeitungsschaltung 240 bei dem Beispiel von 2 als separates Element dargestellt ist, kann die Verarbeitungsschaltung 240 bei alternativen Beispielen in den ToF-Sensor 210 integriert sein.Although the processing circuit 240 in the example of FIG 2 shown as a separate element, processing circuitry 240 may be integrated into ToF sensor 210 in alternative examples.

Die Verarbeitungsschaltung 240 kann ferner Daten ausgeben, die den Intensitätswert anzeigen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsschaltung 240 ausgebildet ist, ein Graustufenbild der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt, zu erzeugen. Das Verfahren 100 kann einen entsprechenden Verfahrensschritt umfassen. Falls eine Mehrzahl des photosensitiven Pixels verwendet wird, kann das Graustufenbild der Szene eine Mehrzahl von Pixel umfassen, die jeweils den bestimmten Intensitätswert eines Jeweiligen der photosensitiven Pixel des ToF-Sensors 210 darstellen. Die Ausgabedaten der Verarbeitungsschaltung 240 können für verschiedene Anwendungen wie z. B. Gesichtserkennung verwendet werden.The processing circuitry 240 may also output data indicative of the intensity value. For example, the processing circuitry 240 may be configured to generate a grayscale image of the scene including the pixel representing the determined intensity value. The method 100 can include a corresponding method step. If a plurality of the photosensitive pixels are used, the grayscale image of the scene may include a plurality of pixels each representing the particular intensity value of a respective one of the photosensitive pixels of the ToF sensor 210 . The output data of the processing circuit 240 can be used for various applications such as e.g. B. face recognition can be used.

Die Vorrichtung 200 kann ferner andere Hardware - herkömmliche und/oder kundenspezifische - umfassen.Device 200 may also include other hardware, conventional and/or custom.

Anders ausgedrückt, es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der von dem Objekt 201 reflektierten Lichtmenge vorgeschlagen, das/die nur eine einzige Messung mit dem ToF-Sensor 210 erfordert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen erfordert das vorgeschlagene Verfahren keine Tiefenmessungen zum Erhalten der Intensitätsinformationen. Zum Beispiel kann es das vorgeschlagene Verfahren ermöglichen, dass Graustufenbilder häufiger erfasst werden als mit herkömmlichen Ansätzen, da es nicht notwendig ist, vier verschiedene Rohbilder zu erhalten. Das Graustufenbild erfordert keine präzise „Wackel“-Kalibrierung und ist daher frei von systematischen Fehlerquellen, die schwer zu kalibrieren sind.In other words, a method and an apparatus for detecting the amount of light reflected from the object 201, which requires only a single measurement with the ToF sensor 210, is proposed. In contrast to conventional approaches, the proposed method does not require depth measurements to obtain the intensity information. For example, the proposed method may allow grayscale images to be acquired more frequently than with conventional approaches, since it is not necessary to obtain four different raw images. The grayscale image does not require precise "wiggle" calibration and is therefore free from systematic sources of error that are difficult to calibrate.

Der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 hängt von der für die ToF-Messung verwendeten Modulationsfrequenz ab. Insbesondere bezeichnet die Modulationsfrequenz die Modulationsfrequenz des Referenzsignals, das zum Ansteuern des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, und des modulierten Lichts 202, das während der ToF-Messung in die Szene emittiert wird. Der Zielmessbereich liegt innerhalb des eindeutigen Distanzbereichs du wie in 3 dargestellt. Der maximale, eindeutige Distanzbereich du der ToF-Messung ist invers proportional zu der Modulationsfrequenz ƒmod: d u = c 2 ƒ m o d

Figure DE102021114295A1_0001
The target measurement range of the ToF sensor 210 depends on the modulation frequency used for the ToF measurement. In particular, the modulation frequency denotes the modulation frequency of the reference signal used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 and the modulated light 202 emitted into the scene during the ToF measurement. The target measurement range is within the clear distance range d u as in 3 shown. The maximum, unambiguous distance range d u of the ToF measurement is inversely proportional to the modulation frequency ƒ mod : i.e and = c 2 ƒ m O i.e
Figure DE102021114295A1_0001

Objekte, die über diese Distanz hinaus gemessen werden, werden umwickelt, um in den Bereich [0,du) zu fallen, wobei sie viel näher zu sein scheinen als sie tatsächlich sind. Der eindeutige Distanzbereich du der ToF-Messung bestimmt den Signalbereich dsr, für den eine Nicht-Null-Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 erzeugt wird: d s r = d u 2

Figure DE102021114295A1_0002
Objects measured beyond this distance will wrap around to fall in the range [0,d u ], appearing to be much closer than they actually are. The unambiguous distance range d u of the ToF measurement determines the signal range d sr for which a non-zero output of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 is produced: i.e s right = i.e and 2
Figure DE102021114295A1_0002

Der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 ist der Distanzbereich, für den gültige Intensitätsmessungen erhalten werden, d. h. das Plateau der Korrelationsfunktion. Der Tastgrad des modulierten Lichts 202 beeinflusst den Distanzbereich, in dem die Korrelation zu dem Plateau ansteigt.The target measurement range of the ToF sensor 210 is the distance range for which valid intensity measurements are obtained, i. H. the plateau of the correlation function. The duty cycle of the modulated light 202 affects the range of distances in which the correlation increases to the plateau.

Der Tastgrad eines Signals bezeichnet den Bruchteil einer Periode, in der das Signal aktiv ist. Der Tastgrad des modulierten Lichts 203 gibt beispielsweise das Verhältnis der summierten Dauern der Lichtpulse zu der Gesamtperiode (Dauer) des modulierten Lichts 202 an. Analog dazu bezeichnet der Tastgrad des Referenzsignals, das für das Ansteuern des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, das Verhältnis der summierten Dauern der hohen Pulse (oder alternativ der niedrigen Pulse) zu der Gesamtperiode (Dauer) des Referenzsignals. The duty cycle of a signal is the fraction of a period that the signal is active. The duty cycle of the modulated light 203 indicates the ratio of the summed durations of the light pulses to the total period (duration) of the modulated light 202, for example. Similarly, the duty cycle of the reference signal used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 denotes the ratio of the summed durations of the high pulses (or alternatively the low pulses) to the total period (duration) of the reference signal.

Analog dazu beeinflusst der Tastgrad des modulierten Lichts 202 den Distanzbereich, in dem die Korrelation von dem Plateau abfällt. Da diese Korrelation symmetrisch ist, kann der Distanzbereich dmin, in dem die Korrelation zu dem Plateau ansteigt, zweimal von dem Signalbereich dsr subtrahiert werden, um die Länge des Zielmessbereichs dmr zu erhalten: d m r = d s r 2 d m i n

Figure DE102021114295A1_0003
Similarly, the duty cycle of the modulated light 202 affects the range of distances over which the correlation falls off the plateau. Since this correlation is symmetric, the distance range d min , in which the correlation increases towards the plateau, can be subtracted twice from the signal range d sr to get the length of the target measurement range d mr : i.e m right = i.e s right 2 i.e m i n
Figure DE102021114295A1_0003

Der Distanzbereich dmin wird durch den Tastgrad DC bestimmt. Unter der Annahme, dass der Tastgrad zwischen 0 und 1 definiert ist (d. h. eine ganze Periode wird berücksichtigt), kann der Distanzbereich dmin wie folgt definiert werden: d m i n = D C d u 2

Figure DE102021114295A1_0004
The distance range dmin is determined by the duty cycle DC. Assuming that the duty cycle is defined between 0 and 1 (i.e. a whole period is considered), the distance range dmin can be defined as follows: i.e m i n = D C i.e and 2
Figure DE102021114295A1_0004

Durch Kombinieren der obigen mathematischen Ausdrücke kann die Länge des Zielmessbereichs dmr wie folgt ausgedrückt werden: d m r = d u ( 0,5 D C )

Figure DE102021114295A1_0005
Combining the above mathematical expressions, the length of the target measurement area d mr can be expressed as: i.e m right = i.e and ( 0.5 D C )
Figure DE102021114295A1_0005

Entsprechend reicht der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 von dmin bis dmin + dmr.Accordingly, the target measurement range of the ToF sensor 210 is from dmin to dmin + d mr .

Wie aus dem mathematischen Ausdruck (5) ersichtlich ist, ist die Länge des Zielmessbereichs dmr invers proportional zu dem Tastgrad DC. Je geringer der Tastgrad DC ist, desto größer ist die Länge des Zielmessbereichs dmr. Aus dem mathematischen Ausdruck (5) geht ferner hervor, dass der Tastgrad des modulierten Lichts 202, das in die Szene emittiert wird, kleiner als 0,5 sein sollte, um eine Korrelationsfunktion zu erhalten, die ein Plateau aufweist.As can be seen from the mathematical expression (5), the length of the target measurement range d mr is inversely proportional to the duty cycle DC. The lower the duty cycle DC, the greater the length of the target measuring range d mr . Furthermore, from mathematical expression (5), the duty cycle of the modulated light 202 emitted into the scene should be less than 0.5 in order to obtain a correlation function that has a plateau.

4 zeigt schematisch die Beziehung zwischen den Plateaubegrenzungen und dem Tastgrad des emittierten modulierten Lichts. 4 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 410, die die gleiche Form (den gleichen Verlauf) aufweist wie die in 3 gezeigte Korrelationsfunktion 310. Die Ordinate von 4 gibt den Wert der Korrelationsfunktion 410 an. Die Abszisse von 4 gibt die Zeitverschiebung zwischen dem von dem Objekt 201 empfangenen Licht und dem Referenzsignal 430, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, an. Die Zeitverschiebung entspricht (ist proportional zu) der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Das Licht, das das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 von dem Objekt 201 empfängt, wird in 4 durch eine Reflexion 420 des ursprünglich emittierten modulierten Lichts dargestellt. Wie das modulierte Licht 202, das in die Szene emittiert wird, umfasst die empfangene Reflexion 420 eine Mehrzahl von Lichtpulsen 421, 422, .... Die Pulslänge (Dauer) und die Pulsbeabstandung der Lichtpulse der empfangenen Reflexion 420 ist im Wesentlichen identisch mit der Pulslänge und der Pulsbeabstandung der Lichtpulse des emittierten modulierten Lichts 202. 4 Fig. 12 schematically shows the relationship between the plateau boundaries and the duty cycle of the emitted modulated light. 4 shows an exemplary (light-intensity-independent) correlation function 410, which has the same form (the same course) as that in FIG 3 correlation function 310 shown. The ordinate of 4 gives the value of the correlation function 410. The abscissa of 4 indicates the time shift between the light received from the object 201 and the reference signal 430 used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210. The time shift corresponds to (is proportional to) the distance between the ToF sensor 210 and the object 201. The light that the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 from the object 201 receives, is in 4 represented by a reflection 420 of the originally emitted modulated light. Like the modulated light 202 emitted into the scene, the received reflection 420 comprises a plurality of light pulses 421, 422, .... The pulse length (duration) and pulse spacing of the light pulses of the received reflection 420 is essentially identical to that Pulse length and the pulse spacing of the light pulses of the emitted modulated light 202.

Wie für den Lichtpuls 421 dargestellt, bestimmt die Pulslänge des Lichtpulses 421 den Distanzbereich dmin. Analog dazu bestimmt die Pulslänge des Lichtpulses 422 den Distanzbereich, in dem die Korrelation von dem Plateau abfällt. Die Pulslänge der Lichtpulse der empfangenen Reflexion 420, d. h. effektiv die Pulslänge des emittierten Lichts 202, wird durch den Tastgrad des emittierten Lichts 202 bestimmt. Daher ist der Positionszielmessbereich durch den Tastgrad des emittierten Lichts 202 einstellbar. Beispielsweise kann der Tastgrad des modulierten Lichts 202 gleich oder kleiner als 0,45, 0,4, 0,35, 0,3, 0,25, 0,2, 0,15 oder 0,1 sein. Der Tastgrad des modulierten Lichts 202 ist kleiner als der Tastgrad des Referenzsignals.As shown for the light pulse 421, the pulse length of the light pulse 421 determines the distance range d min . Similarly, the pulse length of the light pulse 422 determines the range of distances over which the correlation falls from the plateau. The pulse length of the light pulses of the received reflection 420, ie effectively the pulse length of the emitted light 202, is determined by the duty cycle of the emitted light 202. Therefore, the position target measurement range is adjustable by the duty of the emitted light 202 . For example, the duty cycle of the modulated light 202 may be equal to or less than 0.45, 0.4, 0.35, 0.3, 0.25, 0.2, 0.15, or 0.1. The duty cycle of the modulated light 202 is less than the duty cycle of the reference signal.

Der Effekt des Tastgrads des modulierten Lichts 202 auf den Zielmessbereich ist auf die interne Ladungstrennung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 zurückzuführen. Wie vorangehend beschrieben wurde, wird das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 basierend auf dem Referenzsignal angesteuert. In Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals speichert das photosensitive Pixel Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels. Die Ladungsspeicher des photosensitiven Pixels können beispielsweise Kondensatoren oder Potenzialtöpfe sein, die in einem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels gebildet sind. Dies ist in 4 anhand des beispielhaften Referenzsignals 430 dargestellt.The effect of the duty cycle of the modulated light 202 on the target measurement area is due to the internal charge separation of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 . As described above, the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 is driven based on the reference signal. Depending on a signal value of the reference signal, the photosensitive pixel selectively stores charges that are generated in the photosensitive pixel during the ToF measurement in one of two charge storage devices of the photosensitive pixel. The charge stores of the photosensitive pixel can be capacitors or potential wells, for example, which are formed in a semiconductor material of the photosensitive pixel. this is in 4 illustrated using the exemplary reference signal 430 .

Wenn das Referenzsignal 430 hoch ist, z. B. während das Referenzsignal 430 den hohen Puls 431 aufweist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die durch das empfangene Licht 203 in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugt werden, in dem ersten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „A“ in 4 angezeigt, der den ersten Ladungsspeicher bezeichnet. Wenn das Referenzsignal 430 niedrig ist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die durch das empfangene Licht 203 in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugt werden, in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „B“ in 4 angezeigt, der den zweiten Ladungsspeicher bezeichnet.When the reference signal 430 is high, e.g. B. while the reference signal 430 has the high pulse 431, the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 stores charges, which are generated by the received light 203 in the semiconductor material of the photosensitive pixel, in the first of the two charge stores. This is indicated by the letter "A" in 4 displayed, which designates the first charge storage device. When the reference signal 430 is low, the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 stores charges, which are generated by the received light 203 in the semiconductor material of the photosensitive pixel, in the second of the two charge storage devices. This is indicated by the letter "B" in 4 displayed, which designates the second charge storage device.

Bei dem Beispiel von 4 ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 420 und dem Referenzsignal 430 (d. h. der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201) derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den jeweiligen Lichtpuls 421, 422 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Der Wert der Korrelationsfunktion hängt von der Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 420 und dem Referenzsignal 430 und damit von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 ab.In the example of 4 is the time shift between the received reflection 420 and the reference signal 430 (i.e. the distance between the ToF sensor 210 and the object 201) such that approximately half of the charges generated in the semiconductor material of the photosensitive pixel by the respective light pulse 421, 422 in each of the two charge stores goes. Consequently, the correlation is zero. The value of the correlation function depends on the time shift between the received reflection 420 and the reference signal 430 and thus on the distance between the ToF sensor 210 and the object 201 .

Dies ist ferner in 5A bis 5E dargestellt, die die Beziehung zwischen dem Wert der Korrelationsfunktion und der Zeitverschiebung zwischen dem empfangenen Licht und dem Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, zeigen. Die Ordinate in jeder der 5A bis 5E bezeichnet den Wert der Korrelationsfunktion. Die Abszisse in jeder der 5A bis 5E gibt die Zeitverschiebung zwischen dem von dem Objekt 201 empfangenen Licht und dem Referenzsignal 530, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, an. Die Zeitverschiebung entspricht (ist proportional zu) der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Das Licht, das das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 von dem Objekt 201 empfängt, wird in 5A bis 5E durch eine Reflexion 520 des ursprünglich emittierten modulierten Lichts dargestellt.This is also in 5A until 5E 10, which show the relationship between the value of the correlation function and the time shift between the received light and the reference signal used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210. The ordinate in each of the 5A until 5E denotes the value of the correlation function. The abscissa in each of the 5A until 5E indicates the time shift between the light received from the object 201 and the reference signal 530 used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210. The time shift corresponds to (is proportional to) the distance between the ToF sensor 210 and the object 201. The light that the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 receives from the object 201 is reflected in 5A until 5E represented by a reflection 520 of the originally emitted modulated light.

Analog zu dem Beispiel von 4 speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die in einem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch die Reflexion 520 (d. h. das empfangene Licht) erzeugt werden, in dem ersten der beiden Ladungsspeicher, wenn das Referenzsignal 530 hoch ist, z. B. während das Referenzsignal 530 den hohen Puls 531 aufweist. Dies wird wiederum durch den Buchstaben „A“ in 5 angezeigt, der den ersten Ladungsspeicher bezeichnet. Wenn das Referenzsignal 530 niedrig ist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch die Reflexion 520 (d. h. das empfangene Licht) erzeugt werden, in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „B“ in 5 angezeigt, der den zweiten Ladungsspeicher bezeichnet.Analogous to the example of 4 For example, the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 stores charges generated in a semiconductor material of the photosensitive pixel by the reflection 520 (ie the received light) in the first of the two charge stores when the reference signal 530 is high, e.g. B. while the reference signal 530 has the high pulse 531. This is in turn indicated by the letter "A" in 5 displayed, which designates the first charge storage device. When the reference signal 530 is low, the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 stores charges generated in the semiconductor material of the photosensitive pixel by the reflection 520 (ie the received light) in the second of the two charge stores. This is indicated by the letter "B" in 5 displayed, which designates the second charge storage device.

In 5A ist das Objekt 201 außerhalb des Zielmessbereichs angeordnet. Dementsprechend ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 530 derart, dass die durch den Lichtpuls 521 (der Reflexion 520) in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugten Ladungen in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher, d. h. dem Ladungsspeicher B, gespeichert werden.In 5A the object 201 is located outside the target measurement area. Accordingly, the time difference between the received Reflection 520 and the reference signal 530 such that the light pulse 521 (the reflection 520) in the semiconductor material of the photosensitive pixel charges generated in the second of the two charge storage, ie the charge storage B, are stored.

In 5B wird die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 vergrößert, aber das Objekt 201 befindet sich noch nicht in dem Zielmessbereich. Analog zu dem Beispiel von 4 ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 430 derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Die Korrelationsfunktion 510 nimmt zu, wenn mehr und mehr der erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden.In 5B the distance of the object 201 to the ToF sensor 210 is increased, but the object 201 is not yet in the target measurement area. Analogous to the example of 4 the time shift between the received reflection 520 and the reference signal 430 is such that approximately half of the charges generated in the semiconductor material of the photosensitive pixel by the light pulse 521 go into each of the two charge stores. Consequently, the correlation is zero. Correlation function 510 increases as more and more of the generated charges are stored in charge storage A .

Da die Korrelation bei dieser spezifischen Distanz im Wesentlichen Null ist, kann ein Element, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in dieser Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor 210 angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Deckglas oder ein Display, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in dieser Distanz angeordnet derart werden, dass Reflexionen des emittierten Lichts 202 von diesem Element die ToF-Messung nicht beeinflussen. Im Allgemeinen kann ein Element, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in irgendeiner vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor 210 angeordnet werden, für den ein absoluter Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion weniger als 10 %, 5 % oder 1 % eines absoluten Wertes der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion an dem Plateau ist. Die Platzierung eines Displays, das den ToF-Sensor 210 in einer Distanz bedeckt, für die die Korrelation im Wesentlichen Null ist, ist beispielsweise ferner in dem linken Teil von 3 dargestellt.Since the correlation is essentially zero at this specific distance, an element covering the ToF sensor 210 can be placed at this distance with respect to the ToF sensor 210 . For example, a cover glass or a display covering the ToF sensor 210 can be placed at this distance such that reflections of the emitted light 202 from this element do not affect the ToF measurement. In general, an element covering the ToF sensor 210 can be placed at any predetermined distance with respect to the ToF sensor 210 for which an absolute value of the (light intensity independent) correlation function is less than 10%, 5% or 1% of a absolute value of the (light intensity independent) correlation function at the plateau. For example, the placement of a display covering the ToF sensor 210 at a distance for which the correlation is essentially zero is further in the left part of FIG 3 shown.

Ferner ist zu beachten, dass die obigen Ausführungen nicht auf Elemente beschränkt sind, die den ToF-Sensor 210 bedecken. Im Allgemeinen kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion derart entworfen sein, dass ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in irgendeiner vorbestimmten (Ziel-, erwünschten) Distanz weniger als 10 %, 5 % 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist. Befindet sich beispielsweise ein anderes unerwünschtes (störendes) Objekt in der Szene in einer bestimmten Distanz in Bezug auf dem ToF-Sensor 210, kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion derart entworfen sein, dass ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in dieser Distanz weniger als 10 %, 5 % oder 1 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist. Dementsprechend beeinflussen Reflexionen des emittierten Lichts, die von dem unerwünschten Objekt empfangen werden, die ToF-Messung für das Objekt 201 praktisch nicht.Furthermore, it should be noted that the above discussion is not limited to elements covering the ToF sensor 210 . In general, the (light intensity independent) correlation function can be designed such that an absolute value of the light intensity independent correlation function at any predetermined (target, desired) distance is less than 10%, 5% 10% of an absolute value of the light intensity independent correlation function on the plateau. For example, if there is another unwanted (interfering) object in the scene at a certain distance with respect to the ToF sensor 210, the (light intensity independent) correlation function can be designed such that an absolute value of the light intensity independent correlation function at that distance is less than 10%. , 5% or 1% of an absolute value of the light intensity independent correlation function on the plateau. Accordingly, reflections of the emitted light received from the undesired object practically do not affect the ToF measurement for the object 201 .

Wie oben beschrieben, nimmt die in dem Ladungsspeicher A gespeicherte Ladungsmenge mit zunehmender Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 zu. Die Distanz, ab der alle erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden, bezeichnet eine der Begrenzungen des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit eine der Begrenzungen des Zielmessbereichs. Dies ist in 5C dargestellt. In 5C werden Ladungen nicht mehr in dem Ladungsspeicher B gespeichert, sondern sie werden nur noch in dem Ladungsspeicher A gespeichert. Je kleiner der Lichtpuls 521 ist, d. h. je geringer der Tastgrad des emittierten modulierten Lichts 202 ist, desto geringer ist die Distanz, ab der alle erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden.As described above, the amount of charge stored in the charge storage device A increases as the distance between the object 201 and the ToF sensor 210 increases. The distance from which all generated charges are stored in the charge store A designates one of the limitations of the plateau of the correlation function 510 and thus one of the limitations of the target measurement range. this is in 5C shown. In 5C charges are no longer stored in charge storage device B, but are only stored in charge storage device A. The smaller the light pulse 521, ie the smaller the duty cycle of the emitted modulated light 202, the smaller the distance from which all the generated charges are stored in the charge store A.

Solange sich das Objekt 201 in der Zielmessregion befindet, werden die durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert. Die Länge des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit der Zielmessregion wird durch die Modulationsfrequenz des emittierten modulierten Lichts 203 und das Referenzsignal 530 bestimmt. Je niedriger die Modulationsfrequenz ist, desto länger ist die Länge des Plateaus der Korrelationsfunktion 510. Dies ist in 5D dargestellt.As long as the object 201 is in the target measurement region, the charges generated by the light pulse 521 are stored in the charge store A. The length of the plateau of the correlation function 510 and thus of the target measurement region is determined by the modulation frequency of the emitted modulated light 203 and the reference signal 530 . The lower the modulation frequency, the longer the length of the plateau of the correlation function 510. This is in 5D shown.

Die Distanz, ab der die erzeugten Ladungen nicht mehr nur in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden, bezeichnet die andere Begrenzung des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit die andere Begrenzung des Zielmessbereichs. Dies ist in 5E dargestellt. Die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 wird weiter derart vergrößert, dass das Objekt 201 den Zielmessbereich verlässt. Dementsprechend werden immer mehr der erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher B und weniger Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert, derart, dass die Korrelationsfunktion von dem Plateau abfällt. Bei dem Beispiel von 5E ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 430 derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Beispielsweise kann die Distanz, für die die Korrelationsfunktion 510 wieder Null ist, so gewählt werden, dass der Einfluss von Reflexionen, die von einem unerwünschten (störenden) Objekt, das sich in dieser Distanz in der Szene befindet, empfangen werden, auf die ToF-Messung minimiert wird.The distance from which the generated charges are no longer only stored in the charge store A designates the other limitation of the plateau of the correlation function 510 and thus the other limitation of the target measurement range. this is in 5E shown. The distance of the object 201 from the ToF sensor 210 is further increased in such a way that the object 201 leaves the target measurement area. Accordingly, more and more of the generated charges are stored in charge storage B and fewer charges in charge storage A, such that the correlation function falls from the plateau. In the example of 5E the time shift between the received reflection 520 and the reference signal 430 is such that approximately half of the charges generated in the semiconductor material of the photosensitive pixel by the light pulse 521 go into each of the two charge stores. Consequently, the correlation is zero. For example, the distance for which the correlation function 510 is again zero can be chosen such that the influence of reflections received from an undesired (interfering) object located in the scene at this distance on the ToF measurement is minimized.

Um die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 zu erhalten, sind verschiedene Ausleseansätze möglich. Beispielsweise kann die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die während der ToF-Messung in einem der beiden Ladungsspeicher gesammelt werden, basieren (dadurch bestimmt werden). Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung kann z. B. nur auf den in dem Ladungsspeicher A gespeicherten Ladungen basieren, nicht aber auf den in dem Ladungsspeicher B gespeicherten Ladungen bei den Beispielen der 4 und 5A bis 5E. Bei alternativen Beispielen kann die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die während der ToF-Messung in den beiden Ladungsspeichern gesammelt werden, basieren (dadurch bestimmt werden). Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung kann z. B. auf der Menge der in dem Ladungsspeicher A gespeicherten Ladung CA minus der in dem Ladungsspeicher B gespeicherten Menge der Ladung CB bei den Beispielen der 4 und 5A bis 5E basieren. Indem man die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf die Differenz zwischen den in den beiden Ladungsspeichern gesammelten Ladungen basiert, kann es ermöglicht werden, die Hintergrundlicht-Effekte zu reduzieren und somit die Genauigkeit der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels zu verbessern.In order to obtain the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210, different readout approaches are possible. For example, the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement can only be based on (determined by) the charges that are accumulated in one of the two charge stores during the ToF measurement. The output (value) of the photosensitive pixel for the ToF measurement can e.g. B. based only on the charges stored in the charge storage device A, but not on the charges stored in the charge storage device B in the examples of FIG 4 and 5A until 5E . In alternative examples, the output (value) of the photosensitive pixel for the ToF measurement may be based on (determined by) a difference between the charges accumulated in the two charge reservoirs during the ToF measurement. The output (value) of the photosensitive pixel for the ToF measurement can e.g. B. on the amount of charge C A stored in charge storage A minus the amount of charge C B stored in charge storage B in the examples of FIG 4 and 5A until 5E based. By basing the output (value) of the photosensitive pixel for the ToF measurement on the difference between the charges accumulated in the two charge reservoirs, it can be possible to reduce the background light effects and thus the accuracy of the output (value) of the photosensitive improve pixels.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine einzige Messung mit einer eher untypischen CW-Modulation vorgeschlagen wird. Wie oben beschrieben, kann die Position der Korrelation derart abgestimmt werden, dass der Nulldurchgang an der Position von störenden Objekten wie beispielsweise einem Display oder einem Deckglas liegt. Der Tastgrad wird so abgestimmt, dass das Plateau der Korrelationsfunktion erzeugt wird. Der Messbereich liegt innerhalb des Plateaus. Da die Korrelation auf dem Plateau konstant ist, entsprechen die erhaltenen Werte der empfangenen Signalstärke, die die gleiche ist wie bei Graustufenbildern. Die minimale Distanz (Dist-min in 3) und die maximale Distanz (Dist-max in 3), die das Plateau definieren, sind beide abhängig von der verwendeten Modulationsfrequenz. In dem Bereich des Plateaus ist eine Intensitätsmessung möglich.In summary, a single measurement with a rather atypical CW modulation is proposed. As described above, the position of the correlation can be tuned such that the zero crossing is at the position of interfering objects such as a display or a coverslip. The duty cycle is tuned to produce the plateau of the correlation function. The measuring range is within the plateau. Since the correlation is constant on the plateau, the values obtained correspond to the received signal strength, which is the same as for grayscale images. The minimum distance (Dist-min in 3 ) and the maximum distance (Dist-max in 3 ) that define the plateau are both dependent on the modulation frequency used. In the area of the plateau, an intensity measurement is possible.

Um systematische Messfehler zu beseitigen, kann zusätzlich eine weitere ToF-Messung durchgeführt werden. Das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 bei der anderen ToF-Messung verwendet wird, wird in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels bei der (oben beschriebenen ersten) ToF-Messung verwendet wird, invertiert. Anders ausgedrückt, das Referenzsignal für die weitere ToF-Messung ist gegenüber dem Referenzsignal für die ursprüngliche ToF-Messung um 180° phasenverschoben. Dementsprechend kann der Intensitätswert basierend auf der Differenz zwischen der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung und der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die weitere ToF-Messung bestimmt werden.In order to eliminate systematic measurement errors, an additional ToF measurement can be carried out. The reference signal used to drive the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 in the other ToF measurement is inverted with respect to the reference signal used to drive the photosensitive pixel in the (first) ToF measurement (described above). . In other words, the reference signal for the further ToF measurement is 180° out of phase with the reference signal for the original ToF measurement. Accordingly, the intensity value can be determined based on the difference between the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the ToF measurement and the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for the further ToF measurement.

Der Zielmessbereich kann zur Laufzeit unter Verwendung des ToF-Sensors bestimmt werden. So können beispielsweise eine oder mehrere weitere ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors 210 durchgeführt werden. Ein Distanzwert, der die Distanz des ToF-Sensors 210 zu dem Objekt 201 anzeigt, kann basierend auf der Ausgabe (Wert(e) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden. Der Distanzwert kann nach herkömmlichen ToF-Tiefenerfassungsprinzipien basierend auf der Ausgabe (Wert(e)) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden. Dementsprechend kann der Zielmessbereich basierend auf dem Distanzwert derart bestimmt werden, dass sich das Objekt 201 innerhalb des Zielmessbereichs befindet.The target measurement range can be determined at runtime using the ToF sensor. For example, one or more additional ToF measurements may be performed using ToF sensor 210 . A distance value indicative of the distance of the ToF sensor 210 to the object 201 may be determined based on the output (value(s)) of the ToF sensor for the one or more further ToF measurements. The distance value may be calculated according to conventional ToF - Depth sensing principles can be determined based on the output (value(s)) of the ToF sensor for the one or more further ToF measurements Accordingly, the target measurement range can be determined based on the distance value such that the object 201 is within the target measurement range .

Optional kann basierend auf der Ausgabe (Wert(e)) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden, ob weitere Objekte (d. h. Objekte zusätzlich zu dem Objekt 201) in der Szene vorhanden sind. Falls festgestellt wird, dass weitere Objekte in der Szene vorhanden sind, können die Parameter des ToF-Sensors 210 derart eingestellt werden, dass ein jeweiliger absoluter Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion bei der jeweiligen Distanz des einen oder der mehreren weiteren Objekte weniger als 10 % eines absoluten Wertes der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion bei dem Plateau ist.Optionally, based on the output (value(s)) of the ToF sensor for the one or more further ToF measurements, it can be determined whether further objects (i.e. objects in addition to the object 201) are present in the scene. If it is determined that further objects are present in the scene, the parameters of the ToF sensor 210 can be set in such a way that a respective absolute value of the (light intensity-independent) correlation function is less than 10% at the respective distance of the one or more further objects. of an absolute value of the (light intensity independent) correlation function at the plateau.

Falls das Objekt 201 weiter von dem ToF-Sensor entfernt ist, kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion so gestaltet werden, dass sie ein oder mehrere weitere Plateaus umfasst, anstatt das erste Plateau durch Herabsetzen der Modulationsfrequenz zu verlängern. Dies ist in 6 beispielhaft dargestellt. 6 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 610. Die Abszisse in 6 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der Korrelationsfunktion 610 an.If the object 201 is further away from the ToF sensor, the (light intensity independent) correlation function can be made to include one or more more plateaus instead of lengthening the first plateau by lowering the modulation frequency. this is in 6 shown as an example. 6 shows an exemplary (light intensity-independent) correlation function 610. The abscissa in 6 indicates the distance between the ToF sensor 210 and the object 201. The ordinate indicates the value of the correlation function 610.

Die Korrelationsfunktion 610 weist ein erstes Plateau 611 auf, ähnlich wie die Korrelationsfunktionen 310 und 410 in 3 und 4. Das erste Plateau 611 entspricht einem ersten Zielmessbereich für die ToF-Messung. Zusätzlich weist die Korrelationsfunktion 610 ein zweites Plateau 612 auf, das einem zweiten Zielmessbereich für die ToF-Messung entspricht.Correlation function 610 has a first plateau 611, similar to correlation functions 310 and 410 in FIG 3 and 4 . The first plan teau 611 corresponds to a first target measurement area for the ToF measurement. In addition, the correlation function 610 has a second plateau 612, which corresponds to a second target measurement range for the ToF measurement.

Optional kann die Korrelationsfunktion 610 weitere Plateaus umfassen, die weiteren Zielmessbereichen für die ToF-Messung entsprechen. Im Allgemeinen kann eine (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion gemäß der vorliegenden Offenbarung zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweisen.Optionally, the correlation function 610 can include further plateaus corresponding to further target measurement ranges for the ToF measurement. In general, a (light intensity-independent) correlation function according to the present disclosure can have at least one further plateau in at least one further target measurement range for the ToF measurement.

Befindet sich das Objekt in einem Zielmessbereich, der einem Plateau mit einem negativen Wert entspricht, kann die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 korrigiert (z. B. mit -1 multipliziert) werden, um den Intensitätswert zu erhalten.If the object is in a target measurement area that corresponds to a plateau with a negative value, the output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 can be corrected (eg, multiplied by -1) to obtain the intensity value.

Wie in 6 angezeigt ist, können die Nulldurchgänge der Korrelationsfunktion 610 derart gewählt werden, dass sie in Distanzen von störenden Objekten, wie z. B. einem Display, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, liegen.As in 6 is displayed, the zero crossings of the correlation function 610 can be chosen such that they are at distances from interfering objects, such as e.g. B. a display that covers the ToF sensor 210 lie.

Bei anderen Beispielen können mehrere ToF-Messungen durchgeführt werden, um mehrere Zielmessbereiche abzudecken. Zum Beispiel kann eine ToF-Messung wie oben beschrieben durchgeführt werden, um eine Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für einen ersten Zielmessbereich zu erhalten. Zusätzlich kann unter Verwendung des ToF-Sensors eine weitere ToF-Messung der Szene durchgeführt werden. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels weist für die andere ToF-Messung ein Plateau in einem weiteren zweiten Zielmessbereich auf. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion für die erste ToF-Messung kann z. B. nur das in 6 dargestellte Plateau 611 umfassen und die andere (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion für die zweite ToF-Messung kann z. B. nur das in 6 dargestellte Plateau 612 umfassen. Dementsprechend können zwei Zielmessbereiche mit zwei ToF-Messungen abgedeckt werden.In other examples, multiple ToF measurements may be performed to cover multiple target measurement ranges. For example, a ToF measurement may be performed as described above to obtain an output (value) of the photosensitive pixel of the ToF sensor 210 for a first target measurement area. In addition, another ToF measurement of the scene can be performed using the ToF sensor. The (light-intensity-independent) correlation function of the photosensitive pixel has a plateau in a further, second target measurement range for the other ToF measurement. The (light intensity-independent) correlation function for the first ToF measurement can e.g. B. only the in 6 include the illustrated plateau 611 and the other (light intensity-independent) correlation function for the second ToF measurement can e.g. B. only the in 6 plateau 612 shown. Accordingly, two target measurement ranges can be covered with two ToF measurements.

Der Intensitätswert kann basierend auf der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung bestimmt werden. Zum Beispiel können die Ausgaben (Ausgabewerte) für beide ToF-Messungen addiert und optional skaliert werden, um den Intensitätswert zu erhalten.The intensity value can be determined based on the output (value) of the photosensitive pixel for the ToF measurement and the output (value) of the photosensitive pixel for the other ToF measurement. For example, the outputs (output values) for both ToF measurements can be added and optionally scaled to get the intensity value.

Optional können weitere ToF-Messungen mit (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen, die in weiteren Zielmessbereichen ein entsprechendes Plateau aufweisen, verwendet werden.Optionally, further ToF measurements with (light intensity-independent) correlation functions, which have a corresponding plateau in further target measurement areas, can be used.

Die Beispiele, wie sie hierin beschrieben sind, können wie folgt zusammengefasst werden:

  • Einige Beispiele betreffen ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.
The examples as described herein can be summarized as follows:
  • Some examples relate to a method for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene. The method includes performing a ToF measurement of the scene using a ToF sensor. A light-intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement. The object is within the target measurement area. The method further includes determining the intensity value based on an output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Bei einigen Beispielen gibt die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion die distanzabhängige Korrelation des Lichts des photosensitiven Pixels mit einem Referenzsignal an und ohne die Intensität des Lichts zu berücksichtigen, wobei das photosensitive Pixel basierend auf dem Referenzsignal angesteuert wird.In some examples, the light-intensity-independent correlation function indicates the distance-dependent correlation of the light of the photosensitive pixel with a reference signal and without considering the intensity of the light, where the photosensitive pixel is driven based on the reference signal.

Gemäß einigen Beispielen umfasst das Bestimmen des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung. According to some examples, determining the intensity value includes applying at least one correction to the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Bei einigen Beispielen umfasst das Durchführen der ToF-Messung: Beleuchten der Szene mit moduliertem Licht; und Ansteuern des photosensitiven Pixels basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer aufweist, und wobei das modulierte Licht eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge und gleicher Pulsbeabstandung aufweist.In some examples, performing the ToF measurement includes: illuminating the scene with modulated light; and driving the photosensitive pixel based on a reference signal, the reference signal comprising an alternating train of high and low pulses of equal duration, and the modulated light comprising a train of light pulses of equal pulse length and equal pulse spacing.

Gemäß einigen Beispielen ist ein Tastgrad des modulierten Lichts kleiner als ein Tastgrad des Referenzsignals.According to some examples, a duty cycle of the modulated light is less than a duty cycle of the reference signal.

Bei einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner ein Durchführen einer weiteren ToF-Messung umfasst, wobei das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der weiteren ToF-Messung verwendet wird, in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der ToF-Messung verwendet wird, invertiert wird, und wobei der Intensitätswert basierend auf einer Differenz zwischen der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung bestimmt wird.In some examples, the method further comprises performing a further ToF measurement, wherein the reference signal used to drive the photosensitive pixel in the further ToF measurement is related to the reference signal used to drive the photosensitive pixel in the ToF measurement is used, is inverted, and the intensity value is based on a difference between the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement and an output of the photosensitive pixel for further ToF measurement.

Gemäß einigen Beispielen speichert das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die in einem der beiden Ladungsspeicher während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.According to some examples, depending on a signal value of the reference signal, the photosensitive pixel selectively stores charges generated in the photosensitive pixel during the ToF measurement in one of two charge storage devices of the photosensitive pixel, and the output of the photosensitive pixel is used for the ToF Measurement based only on the charges accumulated in one of the two charge stores during the ToF measurement.

Bei alternativen Beispielen speichert das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die in den beiden Ladungsspeichern während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.In alternative examples, depending on a signal value of the reference signal, the photosensitive pixel selectively stores charges generated in the photosensitive pixel during the ToF measurement in one of two charge storage devices of the photosensitive pixel, and the output of the photosensitive pixel is used for the ToF Measurement based on a difference between the charges accumulated in the two charge stores during the ToF measurement.

Bei einigen Beispielen weist die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. In some examples, the light intensity independent correlation function has at least one further plateau in at least one further target measurement range for the ToF measurement.

Gemäß einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner: Durchführen einer weiteren ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung ein Plateau in einem anderen Zielmessbereich aufweist; und Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung.According to some examples, the method further comprises: performing another ToF measurement of the scene using the ToF sensor, wherein the light intensity independent correlation function of the photosensitive pixel for the further ToF measurement has a plateau in another target measurement area; and determining the intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement and an output of the photosensitive pixel for the other ToF measurement.

Bei einigen Beispielen ist ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in einer vorbestimmten Distanz weniger als 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau.In some examples, an absolute value of the light intensity independent correlation function at a predetermined distance is less than 10% of an absolute value of the light intensity independent correlation function at the plateau.

Gemäß einigen Beispielen ist ein Element, das den ToF-Sensor bedeckt, in der vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor angeordnet.According to some examples, an element covering the ToF sensor is arranged at the predetermined distance with respect to the ToF sensor.

Bei einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner: Durchführen einer oder mehrerer weiterer ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors; Bestimmen eines Distanzwertes, der eine Distanz zu dem Objekt anzeigt, basierend auf einer Ausgabe des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen; und Bestimmen des Zielmessbereichs basierend auf dem Distanzwert.In some examples, the method further includes: performing one or more further ToF measurements using the ToF sensor; determining a distance value indicative of a distance to the object based on an output of the ToF sensor for the one or more further ToF measurements; and determining the target measurement area based on the distance value.

Gemäß einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen eines Graustufenbildes der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt.According to some examples, the method further includes generating a grayscale image of the scene including the pixel representing the determined intensity value.

Andere Beispiele betreffen eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung zu bestimmen.Other examples relate to an apparatus for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene. The device includes a ToF sensor that is designed to carry out a ToF measurement of the scene. A light-intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement. The object is within the target measurement area. The device additionally includes a processing circuit that is designed to determine the intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.

Beispiele der vorliegenden Offenbarung können ToF-Graustufenbildgebung ermöglichen, während der reflektierende Einfluss eines Displays oder eines anderen nahen Objekts entfernt wird.Examples of the present disclosure may enable ToF grayscale imaging while removing the reflective influence of a display or other nearby object.

Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.The aspects and features described in connection with a certain of the previous examples can also be combined with one or more of the further examples in order to replace an identical or similar feature of this further example or to additionally introduce the feature into the further example .

Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht so auszulegen ist, dass sie impliziert, dass diese Operationen zwingend von der beschriebenen Reihenfolge abhängig sind, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.It is further understood that disclosure of a plurality of steps, processes, operations, or functions disclosed in the specification or claims should not be construed to imply that those operations necessarily depend on the order described, unless explicitly stated in a particular case specified or is absolutely necessary for technical reasons. Therefore, the foregoing description is not intended to limit the performance of any number of steps or functions to any particular order. Furthermore, in other examples, a single step, function, process, or operation may include and/or be broken into multiple sub-steps, functions, processes, or operations.

Falls einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.If some aspects have been described in connection with a device or a system, these aspects are also to be understood as a description of the corresponding method. For example, a block, device, or a functional aspect of the device or the system corresponds to a feature, such as a method step, of the corresponding method. Accordingly, aspects described in connection with a method are also to be understood as a description of a corresponding block, element, property or functional feature of a corresponding device or system.

Die folgenden Ansprüche sind hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand irgendeines anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für irgendeinen anderen unabhängigen Anspruch umfasst sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.The following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, where each claim can stand on its own as a separate example. Furthermore, it should be noted that although a dependent claim in the claims refers to a particular combination with one or more other claims, other examples may also include a combination of the dependent claim with the subject-matter of any other dependent or independent claim. Such combinations are hereby explicitly proposed, unless it is stated in individual cases that a specific combination is not intended. Furthermore, features of a claim are also intended to be included for any other independent claim, even if that claim is not directly defined as dependent on that other independent claim.

Claims (15)

Ein Verfahren (100) zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt, das Verfahren (100) umfassend: Durchführen (102) einer Laufzeit-, ToF-, Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors, wobei eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist, wobei sich das Objekt innerhalb des Zielmessbereichs befindet, und Bestimmen (104) des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.A method (100) for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object in a scene, the method (100) comprising: Performing (102) a time-of-flight, ToF, measurement of the scene using a ToF sensor, wherein a light intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement, the object being within the Target measurement range is located, and determining (104) the intensity value based on an output of the photosensitive pixel for the ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion die distanzabhängige Korrelation des Lichts des photosensitiven Pixels mit einem Referenzsignal angibt und ohne die Intensität des Lichts zu berücksichtigen, wobei das photosensitive Pixel basierend auf dem Referenzsignal angesteuert wird.The method (100) according to claim 1 , wherein the light-intensity-independent correlation function indicates the distance-dependent correlation of the light of the photosensitive pixel with a reference signal and without considering the intensity of the light, the photosensitive pixel being driven based on the reference signal. Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Bestimmen (104) des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung umfasst.The method (100) according to claim 1 or claim 2 , wherein determining (104) the intensity value comprises applying at least one correction to the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Durchführen (102) der ToF-Messung umfasst: Beleuchten der Szene mit moduliertem Licht; und Ansteuern des photosensitiven Pixels basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer aufweist, und wobei das modulierte Licht eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge und gleicher Pulsbeabstandung aufweist.The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein performing (102) the ToF measurement comprises: illuminating the scene with modulated light; and driving the photosensitive pixel based on a reference signal, wherein the reference signal comprises an alternating train of high and low pulses of equal duration, and wherein the modulated light comprises a sequence of light pulses with the same pulse length and the same pulse spacing. Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 4, wobei ein Tastgrad des modulierten Lichts kleiner ist als ein Tastgrad des Referenzsignals.The method (100) according to claim 4 , wherein a duty cycle of the modulated light is smaller than a duty cycle of the reference signal. Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei das Verfahren (100) ferner ein Durchführen einer weiteren ToF-Messung umfasst, wobei das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der weiteren ToF-Messung verwendet wird, in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der ToF-Messung verwendet wird, invertiert wird, und wobei der Intensitätswert basierend auf einer Differenz zwischen der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung bestimmt wird.The method (100) according to claim 4 or claim 5 , wherein the method (100) further comprises performing a further ToF measurement, wherein the reference signal used to drive the photosensitive pixel in the further ToF measurement is related to the reference signal used to drive the photosensitive pixel in the ToF measurement is used, is inverted, and wherein the intensity value is determined based on a difference between the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement and an output of the photosensitive pixel for the further ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels speichert, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die in einem der beiden Ladungsspeicher während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.The method (100) according to any one of Claims 4 until 6 , wherein the photosensitive pixel selectively stores charges generated in the photosensitive pixel during the ToF measurement in one of two charge storage devices of the photosensitive pixel depending on a signal value of the reference signal, and wherein the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement based only on the charges accumulated in one of the two charge stores during the ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels speichert, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die in den beiden Ladungsspeichern während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.The method (100) according to any one of Claims 4 until 6 , wherein the photosensitive pixel selectively stores charges generated in the photosensitive pixel during the ToF measurement in one of two charge storage devices of the photosensitive pixel depending on a signal value of the reference signal, and wherein the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement based on a difference between the charges accumulated in the two charge stores during the ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist.The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the light-intensity-independent correlation function has at least one further plateau in at least one further target measurement range for the ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Durchführen einer weiteren ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung ein Plateau in einem anderen Zielmessbereich aufweist; und Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung.The method (100) according to any one of the preceding claims, further comprising: performing a further ToF measurement of the scene using the ToF sensor, wherein the light intensity-independent correlation function of the photosensitive pixel for the further ToF measurement has a plateau in a different target measurement area; and determining the intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement and an output of the photosensitive pixel for the other ToF measurement. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in einer vorbestimmten Distanz weniger als 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist.The method (100) of any preceding claim, wherein an absolute value of the light intensity independent correlation function at a predetermined distance is less than 10% of an absolute value of the light intensity independent correlation function at the plateau. Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 11, wobei ein Element, das den ToF-Sensor bedeckt, in der vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor angeordnet ist.The method (100) according to claim 11 , wherein a member covering the ToF sensor is arranged at the predetermined distance with respect to the ToF sensor. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend: Durchführen einer oder mehrerer weiterer ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors; Bestimmen eines Distanzwertes, der eine Distanz zu dem Objekt anzeigt, basierend auf einer Ausgabe des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen; und Bestimmen des Zielmessbereichs basierend auf dem Distanzwert.The method (100) according to any one of the preceding claims, further comprising: performing one or more further ToF measurements using the ToF sensor; determining a distance value indicative of a distance to the object based on an output of the ToF sensor for the one or more further ToF measurements; and Determine the target measurement area based on the distance value. Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Erzeugen eines Graustufenbildes der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt.The method (100) according to any one of the preceding claims, further comprising: generating a grayscale image of the scene including the pixel representing the determined intensity value. Eine Vorrichtung (200) zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität Licht, das von einem Objekt (201) in einer Szene reflektiert wird, darstellt, die Vorrichtung umfassend: einen Laufzeit-, ToF-, Sensor (210), der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen, wobei eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors (210) ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist, wobei sich das Objekt innerhalb des Zielmessbereichs befindet; und eine Verarbeitungsschaltung (240), die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung zu bestimmen.A device (200) for determining an intensity value representing an intensity of light reflected from an object (201) in a scene, the device comprising: a runtime, ToF, sensor (210), which is designed to carry out a ToF measurement of the scene, wherein a light intensity-independent correlation function of a photosensitive pixel of the ToF sensor (210) has a plateau in a target measurement range for the ToF measurement, wherein the object is within the target measurement area; and a processing circuit (240) configured to determine the intensity value based on the output of the photosensitive pixel for the ToF measurement.
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